回轉窯窯尾煙氣除塵及脫硫脫硝環保工藝

隨著國內環保要求的提高對耐火行業煙氣中顆粒物、SO2和NOx排放的控制力度逐漸加大尤其國家生態環境部在2019 年4 月28 日發布的《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》中對于有組織排放控制指標規定“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時均值原則上分別不高于10、50、200 mg /Nm3”。另外國內對于耐火行業超低排放最嚴省級標準是《河北省鋼鐵工業大氣污染物超低排放標準》DB13 /2169 -2018其中對于SO2和NOx排放值進行了明確規定并給出了實施限期。因此必須對回轉窯窯尾煙氣中顆粒物、SO2和NOx的重大污染源進行治理。

回轉窯窯尾煙氣處理的設計思路

煤中含硫量高在燃燒過程中不可避免的產生SO2等酸性氣體，拉力試驗機但是考慮到運輸成本和運行成本等原因目前在建和正在生產的石灰石及白云石回轉窯生產中仍然采用“煙煤”作為主要的煅燒燃料。本文仍按照煙煤作為煅燒燃料這一最不利情況以某鋼鐵聯合企業中的耐材廠為例對回轉窯窯尾煙氣除塵及脫硫脫硝設計進行說明。若采用天然氣作為燃料經實測SO2可以達到超低排放將本工藝的脫硫工段去掉即可。

石灰石送入豎式預熱器頂部料倉后由溜料管將石灰石分布到豎式預熱器內。從窯尾來的高溫熱煙氣( 最高可達約1 100 ℃) 進入到豎式預熱器后直接穿過料層與石灰石進行熱交換。被預熱的物料約有30%左右的石灰石被分解。預熱后的石灰石由液壓推頭推動經轉運溜槽進入回轉窯內在回轉窯內進一步煅燒分解為氧化鈣等產品。換熱后的高溫熱煙氣降低到230 ～ 250 ℃左右。

耐火廠采用煙煤為燃料其質量指標: 水分War≤10%低位熱值QDW≥23 000 kJ /kg( 應用基) 揮發分25%～ 30%灰分Ad≤12%Sd≤0. 6%固定碳≥55%灰分熔點≥1 250 ℃煙煤原料粒度< 25mm。

煙煤燃燒產生的窯尾煙氣經熱交換后進入脫硫、除塵、脫硝等設備進行凈化后達標排放。

工藝系統組成

本工藝系統主要由煙氣管道及風機系統、脫硫系統、脫硝系統等組成。

1 煙氣管道及風機系統

煙氣管道及風機系統主要由煙氣管道、閥門、波紋補償器、主引風機、管道附件及保溫組成。

當回轉窯正常工作時關閉開工電動閥打開除塵器進風閥使煙氣進入脫硫脫硝除塵系統凈化后清潔煙氣經由主引風機直接排入煙囪。

煙氣凈化系統的阻力損失主要由主引風機進行克服。主引風機采用離心風機風機通過變頻器來調節壓力和流量并與回轉窯窯內壓力聯鎖。

為防止煙氣溫降減弱脫硝效果煙氣管道外設保溫層。采用納米氣凝膠氈( 或硅酸鋁棉氈) 作為外保溫。主引風機參數如表3 所列。

2 脫硫系統

本方案中脫硫系統的組成主要包括: 脫硫劑制備系統及脫硫段。

脫硫劑制備系統是SDS 干法脫硫系統的關鍵設備其選型及配置直接關聯到系統的脫硫效率、脫硫劑的消耗量及系統達標運行的穩定性。磨粉機要求研磨時溫度低不會使得NaHCO3分解以及脫硫劑粘結。

系統的主要設備有: 上料電動葫蘆、噸包卸料站、超細磨機等。

研磨工藝流程: 物料經過旋轉閥均勻進入磨機磨機研磨盤和分級輪在電機帶動下高速旋轉NaHCO3物料受到高速旋轉的研磨盤撞擊之后粉碎。符合要求的物料進入脫硝系統大的顆粒通過特制氣流導向環作用重新進入研磨區再次粉碎直至粒徑達到設計要求粒徑通過調整分級輪速度來調節。

脫硫劑制備系統具有在線自動調節功能可以依據進出口SO2濃度調整碳酸氫鈉粉噴入量。

在除塵器前煙道上設置脫硫段。其作用是降低煙氣流速使得反應時間加長、將鈉基粉體在高溫下激活和充分混合。將大量的鈣基大顆粒通過氣力輸送裝置回收到工藝細粉料倉避免造成產品浪費。

3 除塵脫硝系統

脫硝反應系統由除塵脫硝一體化裝置、氨氣分配裝置、熱風裝置組成。

經過干法脫硫的煙氣進入除塵脫硝一體化裝置進行除塵、脫硝。

除塵段具有高效除塵的功能濾料材質為針刺氈基材芳綸和玻纖復合覆膜耐高溫濾料( 耐溫≤250 ℃) 。為避免結露當煙氣溫度低于120 ℃不宜進入袋式除塵器。濾袋規格為Φ160 m × 6 m 長袋除塵效率高達99. 9%可實現干法脫硫工藝中脫硫灰的回收和煙氣中顆粒物的除塵凈化。并通過布袋表面收集的脫硫劑繼續與煙氣中剩余的SO2進行化學反應進一步增大干法脫硫的效率( 表4) 。

除塵段配有清灰裝置清灰吹掃介質為壓縮氮氣，鍍層測厚儀根據實際運行情況設定清灰吹掃頻率或根據反應器里濾袋前后的壓差變化情況進行控制。除塵脫硝一體化裝置豎向布置下部是除塵段上部是脫硝段。除塵段配備在線監測壓差和手動測量壓差接口。

除塵脫硝一體化裝置的箱體采用分倉設計滿足離線更換布袋的要求可離線清灰。除塵后的煙氣與氨氣分配器加入的還原劑( 氨氣) 充分混合混合后的煙氣向上進入脫硝SCR 催化劑層，時代邵氏硬度計在催化劑作用下發生脫硝反應脫除NOx。在煙氣溫度≥180 ℃時脫硝效率不低于90%氮氧化物排放濃度低于150 mg /Nm3。

4 氨氣單元

氨氣單元由稀釋風機、氨氣/煙氣混合器組成。本方案采用氨氣作為還原劑稀釋風機的目的是降低噴入的氨氣濃度。氨氣的爆炸極限為15. 7%～30. 2%( 在空氣中體積濃度) 為保證安全和分布均勻稀釋風機流量按稀釋后的氨體積濃度不超過5%設計。稀釋氣體來自脫硫脫硝后的潔凈煙氣這部分煙氣溫度高能減少混合氣體溫降有利于脫硝反應進行。

氨氣/煙氣混合器的作用是保證氨氣和煙氣混合均勻。兩者在氨氣/煙氣混合器及管路內借流體動力原理充分混合混合物均勻導入脫硝反應器內使NOx和氨發生催化還原反應。

氨氣/煙氣混合器置于稀釋風機與噴氨格柵之間混合器的氨氣入口管道上設置流量控制閥可對需要的氨噴入量進行控制。

5 輸灰系統

輸灰系統包含預處理裝置下部灰斗處的氣力輸灰系統以及除塵脫硝一體化裝置下部灰斗氣力輸灰系統。

在脫硫段下部灰斗處由于重力作用Ca 基大分子顆粒先于Na 基分子降落單獨設置1 套氣力輸送系統將粉料輸送到細粉料倉。

脫硫反應產生的脫硫灰經過除塵脫硝一體化裝置布袋過濾收集收集的脫硫灰采用氣力輸送的方式經灰斗下部倉泵送至脫硫灰倉。脫硫灰裝袋采用帶塑料襯的噸包裝袋人工裝袋后汽車外運儲存卸灰過程中設有除塵措施。

除塵脫硝一體化裝置下部灰斗配套1 套氣力輸送系統將在每個除塵器灰斗下分別布設1 臺AV氣力輸送泵共6 臺泵分成3 排每排2 個; 單排的泵串聯起來組成一組輸灰單元兩組輸灰單元匯流到一根輸灰母管; 當該灰斗下部的氣力輸送泵需要檢修時將此泵上部相關除塵單元離線用其他5 個除塵單元進行除塵正常工作既能保證檢修時間又節約了傳統運輸設備的投資和運行成本。

工藝技術特點

設計采用“NaHCO3( SDS) 干法脫硫+ 除塵+ 中低溫SCR 脫硝”這一回轉窯窯尾廢氣凈化工藝路線具有以下技術特點:

( 1) 在脫硝之前脫硫是為了給低溫高效脫硝創造條件延長脫硝催化劑在高效脫硝區的使用壽命降低脫硫脫硝系統運行費用。

( 2) 采用進口脫硫劑其氯離子含量小于300× 10 - 6阻垢防腐效果好可有效提高研磨后細粉的流化效果從而保證脫硫系統連續、穩定、高效運行。

( 3) 脫硫劑制備系統是干法脫硫系統的關鍵設備其選型及配置直接關系到系統的脫硫效率、脫硫劑的消耗量及系統達標運行的穩定性。碳酸氫鈉磨粉機采用進口磨機研磨時溫度不超過60 ℃不會使NaHCO3分解不會產生脫硫劑粘結現象不需要設清洗系統。

( 4) 所用低溫脫硝催化劑是國內首個真正商業化應用的低溫催化劑通過試驗和工業化裝置長期運行證明對焦化、耐材、水泥、玻璃等行業的煙氣具有很強的適應性具有良好的低溫活性。在低溫工況下催化劑對SO2的氧化率低于0. 5%低溫高效脫硝時間長脫硝運行成本低。

( 5) 本工藝中低溫脫硝催化劑的適用溫度為180 ～ 350 ℃完全適應窯尾豎式預熱器出口煙氣溫度波動工況不需額外熱源加熱煙氣脫硝。

( 6) 該脫硫脫硝系統運行穩定安全可靠全流程無二次污染無廢水、廢氣、廢渣產生。脫硫所產生的副產品Na2SO4學名芒硝可由玻璃制造企業、制革企業、水泥生產或粉磨企業回收因此沒有任何其他外排污染物。脫硝系統可實現催化劑的原位再生功能。

( 7) 充分考慮回轉窯運行過程中豎式預熱器煙氣參數及壓力隨物料量及操作溫度變化的特點系統能夠自動調節和適應煙氣工況的各種波動并保證穩定達標排放。

( 8) 為了保證除塵及脫硫脫硝系統的正常運行選用經過國家生態環保部認證的國內一流超低排放在線監控儀表廠家靈敏可靠維護方便

( 9) 設計了相關報警、連鎖系統從而保證回轉窯安全、連續、穩定生產。如工藝窯尾豎式預熱器排出的廢氣溫度超過250 ℃摻混冷風系統將立即自動啟動以避免除塵濾袋烤糊及損毀; 當溫度降低到正常工作溫度( 230 ℃) 將自動關閉摻混冷風系統;若持續超溫將在中控室報警進行人工干預處理或停機處理。

( 10) 根據目前國內評價各種酸露點的muller曲線已知SO3的體積含量就可以查詢實際的酸露點溫度( 見圖3) 。

當前工況下窯尾煙氣的SO3的體積含量約為10. 5 × 10-6～ 35 × 10-6酸露點溫度在135 ～ 145 ℃左右回轉窯窯尾煙氣排出口處溫度將達到230 ℃以上除塵煙囪排出口煙氣溫度也達到170 ℃以上全流程煙氣溫度始終遠遠高于酸露點溫度。因此凈化后的煙氣溫度不會低于酸露點而引起設備和管道腐蝕也不會在煙囪周圍產生煙囪雨。

( 1) 本工藝的煙囪排出口溫度大于170 ℃遠遠高于露點溫度70 ℃不會形成有色煙羽也不用增設煙氣除濕消白設施。

( 2) 本工藝路線流程短、構筑物結構形式簡單、除塵與脫硝采用一體化設計設備占地少結構緊湊。供應脫硫劑、氨水等單元占地小可利用舊有建筑間隙布置若用于老廠改造現場拆遷工作量小。

本文提供了一種“NaHCO3( SDS) 干法脫硫+ 除塵+ 中低溫SCR 脫硝”回轉窯窯尾廢氣凈化工藝路線。這一工藝運行穩定可控占地及投資較少操作簡單; 有別于常規鈣基濕法脫硫、循環流化床等工藝可有效防止煙囪雨、有色煙羽和防止系統腐蝕作為一種回轉窯窯尾廢氣凈化工藝路線是完全合格的。